夏季炎热气候条件下高性能混凝土试验研究及应用.pdf
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1、 桥 梁 夏季炎热气候条件下高性能混凝土试验研究及应用 王忆宁,杨远 明,李 建 ( 中铁 五局集团有限公司 ,贵阳5 5 0 0 0 3 ) 摘要 : 通过 大幅度调 整混凝土水泥用量 , 减少水化热 , 降低 水 泥的水化速度 , 从 混凝 土 自身内因上 最大限度降低和缓 解 了高 性 能混凝土夏季施工所产生的 问题。 关键词 : 炎热气候 ;高性能混凝 土;粉煤灰 ;耐久性 中图分类号 : U 2 3 8 ;U 4 4 4 文献标识码 : B 文 章 编 号 : 1 0 0 42 9 5 4 ( 2 0 1 O) O lOl 1 30 3 1 概 述 武广铁 路客 运专线 是 我 国首
2、 条 设计 时速 3 5 0 k m, 线路里 程最 长 , 投 资 规模 最 大 的客 运 专线 。它有 着 建 设标准高、 技术要求高 、 质量 目标高的三大特点。要实 现质量 零缺 陷 , 达 到设计 使用 年 限 1 0 0年 的 目标 , 混 凝 土结构 的耐久 性是 工 程 的关 键 , 而 高 性 能 混凝 土 又 是 保 证混 凝土结 构 长期 耐 久性 的关键 技术措 施 。武广 铁 路 客运 专线 地 处 湖 南 、 湖北 境 界 , 该 地 区夏 季 炎 热 少 雨 , 高温 持 续 时 间 长 , 7 8月 平 均气 温 在 3 5 以 上 , 最 高气 温达 4 5
3、o C; 在 高温 环境 条件下 拌和 、 运输 、 浇 筑 混凝 土 , 水泥水 化速 度 快 , 水 化 热集 中 , 一 是 混 凝 土 热 量 聚积 , 不 易散 发 , 升温 过 快 , 温 峰 过 高 , 温 差 大 , 早期 强 度增 长过快 , 造成混 凝 土 出现 收缩 裂纹 、 温度 裂纹 和 混凝 土 内部 大量 肉眼不 可 见 的 细小 裂 纹 , 从 而严 重影 响混 凝土 的质量 和耐 久 性 ; 二 是 在 高 气温 下 进 行 混凝 土施 工 , 混凝 土 中 的水蒸 发 快 , 水 泥 水 化 速度 快 , 凝 结 快 , 导 致混凝 土坍 落度 经时损 失
4、大 , 极 易造成 混凝 土泵 送时 堵管 , 严 重影 响施 工进度 和 质量 , 特别 是对大 体积 混凝 土和现 浇墩 台施 工 尤 其 重 要 。如 采用 液 氮 、 冰块 降温 , 成 本太 高 , 难 以承 受 , 如 何采 用经 济合理 的措 施 , 解 决炎 热夏季 高性 能 耐 久混 凝 土 施 工 问题 , 具 有 十分 重 要 的意义 。 通 过大 幅度调 整混凝 土 中的水 泥用 量和 粉煤 灰用 量 , 减少 和降低 水泥 的水 化速率 和水 化热 , 同时充分 利 用粉 煤灰 掺加 到一定 比例 时 产 生 的减 水 作 用 , 进 一 步 降低 混凝 土 的水 胶
5、 比 , 保证 了混 凝土 缓凝 性能 , 混凝 土 早期 强度 也满 足 了正常 施 工 的要 求 , 从混 凝 土 自身 内 因上最大限度降低和缓解 了夏季施工所产生的危 害; 同时采取降低原材料温度 , 减少混凝土在拌和 、 运输过 程中的吸热 , 加强混凝土的养护等措施 , 成功解决 了炎 收稿日期 : 2 0 0 91 1 3 0 作者简介: 王忆宁 ( 1 9 6 3 一 ) , 男 , 高级工程师。 铁道标准设计R AI L W AY S T A ND A RD D E S I G N 2 0 1 0 ( 1 ) 热季节大体积墩台高性能混凝土经时损失大、 泵送时 易堵 管 、 浇
6、筑 困难 、 混 凝 土入 模 温 度 高 , 易 产 生 温度 裂 缝 等难题 , 既 保证 了高性 能 耐久混 凝土 质量 , 又加 快 了 施工 进度 , 还 降低 了混凝 土成 本 。 2 大掺 量粉 煤灰 高性 能混 凝土 目前 , 国 内对大 掺 量 粉煤 灰 高 性 能 混凝 土 尚没 有 统 一 的定义 , 有 些研 究者认 为 , 当混 凝土胶 凝材 料 中粉 煤 灰 用 量 超 过 水 泥 用 量 时 , 即粉 煤 灰 掺 量 大 于 5 0 时, 便定义为大掺量粉煤灰高性能混凝土。在试验中 所 采用 的粉 煤灰 掺量 为 5 0 7 0 。 3 大掺量 粉煤 灰 高性 能
7、混凝 土试 验分 析 通 过配 制和施 工 桥 梁 墩 台等 大 体 积 混凝 土 , 对 大 掺 量粉煤 灰 高性能 混凝 土 的拌 和物性 能和硬 化后 的力 学 、 耐久 性 能进行 试验 分析 。 试验 中选 取 3种 粉 煤 灰 掺 量 ( 5 0 、 5 5 、 7 0 ) 配合 比( 表 1 ) 进行 试验 分析 。 表 1 混 凝 土 配 合 比 配合比 粉煤 灰 配合 比材料用量 ( k g m ) 编号掺量 水 泥 粉煤灰 矿粉砂碎石水减水剂 水胶 比 3 2 7 3 2 7 3 0 8 3 8 0 注 : 表 中 41配合 比 为 常 温 季 节 使 用 的 高 性 能
8、混 凝 土 配 合 比 , 文 中 称 为参照配合 比。 3 1试 验 原材料 采用 郴 州东江 金 P 0 4 2 5水 泥 ; 耒 阳大 唐 电厂风 选 F类粉煤灰 , 烧 失量 4 7 9 , 需水量 比 9 5 , 细度 1 3 9 ; 湘 潭华 强磨 细矿 粉 , 需 水量 比 9 8 , 2 8 d活性 指数 1 1 2 ; 仙岭石场 53 1 5 m m连续级配碎石 , 三 级掺配 , 含泥量 0 4 , 泥块 含量 0 1 ; 耒 阳银州 中 砂 , 细度模数 2 9 , 含泥量 0 6 , 泥块含量 0 1 ; 山西 凯迪 K D S P聚羧 酸 盐高 性 能减 水剂 ; 拌
9、 和 用 水, p H 值 7 5 2 。 1 1 3 一 一 一 鲳 0 0 0一 O 0 0一 O O O一 0 拍 拍 3 3 3 7 5 4 乃 O 0 0 如 l 2 3 一 一 一 6 7 7 4 2 2 3 3 3 7 l 5 2 3 3 i l 9 8 7 4 2 7 5 2 1 3 5 7 7 7 O 0 O 2 2 2 2 2 2 3 3 3 7 7 7 i 5 5 2 2 3 一 一 一 2 2 2 桥 梁 王忆宁, 杨远明, 李 建一夏季炎热气候条件下高性能混凝土试验研究及应用 3 2 混凝 土拌和 物性能试 验 3 2 1 凝结 时间 选 用表 1中 1 2 、 2
10、2 、 32 、 41配合 比检 测 在 不 同温 度条件 下 的初 凝时 问 , 试验 结果 见图 l 。 赠 初凝时Ih3 mi n 注 : +1 2 配合 比( 粉煤灰掺量5 O ) +2 2 配合 比( 粉煤灰掺量5 5 ) +3 2 配合 比( 粉煤灰掺量7 O ) *一4 1 参照配合比 图 1 混凝 土初 凝 时 间与 环 境 温 度 关 系 曲线 从 图 1中可 以看 出 , 在环 境 温度 2 O 时 , 各 配 合 比混凝 土 的初 凝 时间 在 7 0 08 5 0 m i n , 但 随着 环境 温 度 的升 高 , 各 混 凝 土 间 的初 凝 时 问 差 逐 渐 变
11、 大 。在 4 0时 , 粉 煤灰掺 量 7 0 混 凝土拌 和物 的初凝 时间 与 掺量 5 0 的相差 约 1 0 0 rai n , 与参 照配 合 比相 比, 相差 2 5 0 m i n以上 , 由图示 中 的结 果进而 说 明大掺量粉 煤 灰 混凝 土在外部 环境 温升 较 大 时 , 其初 凝 时 问 的变 化 幅 度较参 照配 合 比小 得多 。主要原 因是较 大 的粉煤灰 掺 量 , 能 降低 混凝土 的水 化 速率 , 延 长 水 化 时 问 , 即使 在 较高 的环 境 温 度下 , 混 凝 土也 具有 较 长 的凝 结 时 间 。 大 掺量粉 煤灰混凝 土 的 这种 特
12、 点 , 在 夏季 施 工是 非 常 有利 的 , 特 别对大 体积混 凝 土工程 , 能避免施 工冷缝 的 形 成 , 降低 混凝 土塑性 开裂 的可能性 , 使混凝 土表 面不 易 产生裂 缝 , 耐久 性得 以保证 。 3 2 2流动度 ( 坍落度 ) 损 失 选取 表 1中 1 2 、 2 2、 3 2 、 4 l 配 合 比检测 在 环 境温度 4 0 时混凝 土拌 和物 的坍 落度损 失 , 试验 结 果 如 图 2所示 。 羹 篓 。 卜 莓 、 、 、 、。 50 i : 二 二 ! : 量 竺 里 全 一二 【 , ,l一 J -J 3 2 3混凝 土温 度 按 表 1中 2
13、2 、 32 、 41配合 比分 别 浇 筑尺 寸 1 5 0 e ra 1 5 0 e m1 5 0 c m 混 凝 土试 验 块 , 预埋 测 温 元 件, 检测混凝土在硬化过程 中的温度变化情况, 测试结 果详见表 2和图3 。 表 2 混 凝 土试 验块 实测 温 度 1 2 h 2 9 9 2 4 h 31 1 3 6 h 3 O 5 4 8 h 3 O 】 7 2 h 3 3 5 9 6 h 3 2 6 5 d 31 7 6 d 3 2 8 7 d 3 0 3 8 d 31 7 9 d 31 8 1 0 d 3 0 6 1 l d 3 2 4 1 2 d 3 0 9 5 6 5 0
14、 鳞 5 时 间, d 图 3混 凝 土 试 验块 芯部 温度 变 化 曲线 从表 2列 的测 量 数据 并 结 合 图 3可 以看 出 , 混 凝 土硬 化过程 中 , 大掺 量粉 煤 灰混 凝 土 温峰 出现 时 间较 参照配合 比混凝土温峰出现时问晚, 粉煤灰掺量 5 5 的温 峰 出现 时 间 4 5 d左 右 , 温度 峰 值 4 5 4 6 , 粉 煤灰掺量 7 0 的温峰出现时间6 7 d左右, 温度峰值 4 2 4 4 , 而参 照配 合 比温峰 出现时 间在 3 d左 右 , 温 度峰值 5 2 5 5 。随着粉煤 灰掺 量的增 大 , 混 凝土 芯 部 温度 变化 曲线变
15、得平 缓 , 大 掺 量 粉煤 灰 混凝 土 的温 度升 降梯度 明显小 于参 照配合 比混凝 土 的温度升 降梯 度 , 从 而可有 效控制 由于温度应 力而产 生 的温度裂 纹 。 3 3硬化 混凝 土的 力学及耐 久性 能 按表 1中的混凝土配合 比成 型试件 , 测试混凝土 的力学 和耐 久性能 , 结果 见表 3和表 4 。 3 3 1 力学性 能 由表 3的数据可知 , 大掺量粉煤灰高性能混凝 土 在低 水胶 比 ( 一 般小于 0 3 5 ) 的条件 下 , 同样 具有 良好 的力学性能。立方体抗压强度 5 6 d有 3 74 7 MP a , 6个月 高达 4 8 6 2 MP
16、 a , 其 4个 月 和 6个 月龄 期 的抗 压强度大部分高于参照配合比混凝土的抗压强度 , 特 别是大掺量粉煤灰高性能混凝土后期强度增 长空间 1 1 4 铁道 标准 设计R A I L W AY S T A N D A R D D E IG N 2 0 1 0 ( 1 ) l 9 2 7 9 l O 2 6 1 9 2 O 2 强 们 ” 舛 9 5 9 0 86 2 O O 7 2 8 O 档 船 拍 粥 3 2 7 6 L 6 8 5 2 8 7 9 8 7 如 ” 诣 ” 25 4 0 2 9 4 5 8 6 O 2 6 弛 强 加 l 2 O 7 9 1 9 3 8 7 5 2
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